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1、第 8 章 三相异步电动机的工作特性和参数测定原理简 述一、基本方程式和等效电路异步电机定子绕组所产生的旋转磁场，以转差速度切割转子导体，在转子导体中感应电势，产生电流，转子导体中的电流与定子旋转磁场相互作用而产生电磁转矩，使转子旋转。当转子的转速 与定子旋转磁场的转速 相等时，定、转子之间没有相对切割，转子中就没有电流，也就不能产生转矩。因此转子的转速一定要异于磁场的转速，故称异步电机。由于异步而产生的转矩称为异步转矩。当 时，为电动机运行； 时为发电机运行；当 即转子逆着磁场方向旋转时，它是制动运行。异步电机绝大多数都是作为电动机运行。其转矩和转速（转差率）曲线，如图 8-1 所示。由电机
2、学中可知，将转子边的量经过频率折算和绕组折算，可得到异步电机的基本方程式为：式中转差率是异步电机的重要运行参数，边的转子参数，也就是从定子上测得转子方面的数值。为折算到定子一由方程式可以画出相应的等效电路，如图8-2所示。当异步电动机空载时，。附加电阻。图 8-2 中转子回路相当开路；当异步电动机堵转时，附加电阻，图 8-2 转子回路相当短路，这就和变压器完全相同。因此异步电机也可以通过空载实验和堵转（短路）实验来求出异步电机的等效电路中的各参数。二、空载实验由空载实验可以求得励磁参数，以及铁耗和机械损耗。实验是在转子轴上不带任何机械负载，转速，电源频率的情况下进行的。用调压器改变试验电压大小
3、，使定子端电压从逐步下降到左右，每次记录电动机的端电压、空载电流和空载功率，即可得到异步电动机的空载特性，如图8-3所示。图 8-3空载特性图 8-4铁耗和机械耗分离空载时，电动机的输入功率全部消耗在定子铜耗、铁耗和转子的机械损耗上。所以从空载功率中减去定子铜耗，即得铁耗和机械耗之和，即式中为定子绕组每相电阻值，可直接用双臂电桥测得。机械损耗仅与转速有关而与端电压无关，因此在转速变化不大时，可以认为是常数。平方值铁耗在低电压时可近似认为与磁通密度的平方成正比。机械耗和铁耗之和与端电压的的曲线接近直线，如图8-4 所示，把曲线延长与纵坐标交于点，由点作平行于横坐标的直线，此直线以下就表示与端点电
4、压无关的机械损耗同电压的铁耗。，直线以上的部分即为不由曲线和上查得额定电压时的和，可知式中；其中可由堵转实验确定，则励磁电抗为三、堵转实验异步电动机从堵转( 短路试验可以求出等效电路中的和。功率调节试验电压，使，即可得短路特性，然后逐步减小电压，每次记录端电压曲线，如图8-5 所示。、定子电流和图8-5短路特性图8-6对数座标下的短路特性由于堵转时漏抗数关系。对中型和小型电机，随漏磁路饱和程度的增加而减小，堵转转矩与不是直线关系，而是指。因此，如果在低于额定电压下进行堵转试验，为了准确地求得额定电压时的堵转电流、堵转转矩，须作双对数堵转曲线，向上推至额定电压时求得。如图8-6 。根据堵转特性曲
5、线，可查得对应于的，求出堵转阻抗、电阻和电抗，公式如下此时，由于定子电压较低，磁通较小，所以铁耗可以忽略，即，且短路时等效电路中的附加电阻，可以看出：从上式中解出和，得：进一步假设，并利用，上式又可写为：由 (8-8第二式可知：，把此式代入(8-8第一式可解得：还可证明：式中：对于大、中型异步电动机，由于大，在堵转时的等效电路可简化为图8-7，等效电路中的励磁支路可近似认为无穷所示，这样可用下列简化公式来确定、和。图 8-7 堵转时的等效电路对于大、中型异步电动机，用以上简化后求得的参数作出等效电路与实际情况相差不大。在正常工作情况下，定、转子漏电抗处于不饱和状态，为一常数。但当电机堵转时（即
6、起动情况）定、转子电流比额定电流大 (5 7 倍，漏磁路饱和，漏电抗比正常工作时小 (15 30%左右，所以电机从起动到正常工作状态漏磁路饱和情况不同，漏电抗不是一个常数。为了计算上力求准确，堵转时应分别测取、和时的堵转数据，以便计算工作特性时用求得不饱和漏电抗，计算起动特性时，用求得的饱和漏电抗值，计算最大转矩时，采用时的漏电抗值。因为最大转矩时，定子电流。等效电路没有考虑各种饱和情况引起电抗的变化，计算时要注意修正。异步电动机在工厂的出厂试验中，必须每台进行空载和堵转试验。空载试验时，可以从空载电流和空载损耗中检查定子绕组、磁路、气隙、装配等方面的质量问题。堵转试验时，一般将堵转电流调到额
7、定电流，从堵转电压、堵转功率中检查鼠笼转子的结构参数，若进一步求出可以检查鼠笼转子铸铝质量的情况。四、直接法求取工作特性在额定电压和额定频率下，电动机的转速（或转差率）、电磁转矩、定子电流、功率因数、效率与输出功率的关系称为异步电动机的工作特性，它是考核电动机性能的重要指标。直接法求取工作特性是指在电源电压、频率的条件下，直接给转子轴上加负载进行的。当改变电动机的负载时，分别记录，由此算出输出功率、功率因数、效率等得到工作特性。五、损耗分析法计算电动机的效率直接负载法适合于中小型电机，对大容量异步电动机，由于设备所限，直接加负载有一定困难，因此在参数和机械耗已知的情况下（根据空载、堵转实验或设
8、计值）、给定转差率，根据型等效电路，即可算出定、转子电流和励磁电流及各种功率损耗，进而算出输出功率和电动机的效率。总损耗有：式中为铁耗；为机械耗，由空载试验中分析得出，两者为基本不变的损耗。为定子铜耗，为转子铜耗（铝耗），电磁功率。是输入功率为时的转差率。为杂散损耗，对铜条鼠笼转子，。对铸铝鼠笼转子，（ 为额定输出功率）。由于杂散损耗与制造工艺直接有关，国家规定在现有的条件下必须实际测出。所以实验八三相异步电动机工作特性和参数测定实验一、实验目的1 掌握三相异步电动机直接负载和空载、堵转实验方法。2 用空载、堵转实验数据，求出异步电动机每相等效电路中各个参数。二、实验内容1 用测功机作负载，测
9、出三相异步电动机的工作特性。2 空载实验，测出空载特性曲线3 堵转实验，测出堵转特性曲线4 从空载实验和堵转实验中求出和等参数。三、实验说明和操作步骤记录本小组实验机组的铭牌数据。每次实验，应从所求测量值的上限开始读数，然后逐渐减小测量值，这样求得的整条曲线，其温度比较均匀，减小因温度不同带来的误差。1直接负载法求取异步电动机的工作特性测功机说明：在实验室中用测功机直接加负载的方法有以下两种： 涡流测功器作异步电动机的负载，这种机组只要调节涡流测功器的励磁电流，就能调节异步电动机负载的大小，负载转矩斤力米）。可以直接从测功器的刻度板上读得（本实验的刻度单位为公 以电动测功机作异步电动机的负载，这种测功机是将一台直流发电机改装成的。它的定子可以在两个支柱上左右摆动，加负载时将电动测功机接成他励发电机，电枢发出的直流电消耗在电阻箱上（也可以馈向直流电网），同时定子摆动一个角度，可以通过指针读出转矩力米）。（公斤负载实验是在定子上施加额定电压和额定频率的情况下进行的，接线如图8-8所示，（
